Ecologia Applicata

Programma del corso

Inquinamento, in particolare di:

• Aria
• Acqua
• Suolo
• Biota
• Bioindicatori (declinati rispetto ai vari ambienti)
• Indici (declinati rispetto ai vari ambienti)
• Bonifica siti contaminati (declinati rispetto ai vari ambienti)
• Global change
• (Valutazione impatto ambientale)

Approfondimenti

• Batteri dell’atmosfera
• Sentinelle con le ali: Uccelli migratori e cambiamento climatico

Fonti mappe e normative inquinamento atmosferico: Air Quality in Europe - 2013 Report

Esistono molte fonti naturali di degrado della sostanze che ne alterano le caratteristiche qualità dell’ambiente chimico-fisiche” MA Esistono molte fonti naturali di degrado della qualità dell’ambiente

Ecologia applicata

Ernst Haeckel, considerato il padre dell’ecologia, nel 1870 la definì come la “scienza che studia l’ambiente naturale e le relazioni degli organismi fra loro e con il loro ambiente”.

L’ecologia applicata è un sottocampo dell’ecologia che considera le applicazioni della scienza dell’ecologia alle questioni del mondo reale (di solito inerenti alla gestione).

Aspetti dell’ecologia applicata sono:

• Protezione dell’ambiente dall’inquinamento
• Gestione delle specie invasive
• Ecotossicologia
• Conservazione della natura
• Gestione degli agro-ecosistemi
• Restoration ecology
• Gestione delle aree protette

Protezione dell’ambiente dall’inquinamento

“Inquinamento” deriva dal latino “inquinamentum” da “in-quinare” cioè “contaminare”, il termine è presente nella lingua italiana dal 1304. In inglese è presente il termine “pollution”, che deriva dal latino “polluere”, cioè “macchiare, insozzare”.

Una definizione di inquinamento è quella di “degrado dell’ambiente causato dall’immissione, da parte dell’uomo, di sostanze che ne alterano le caratteristiche chimico-fisiche”. Può essere visto anche come “insieme delle sostanze dannose rilasciate nell’ambiente dalle attività umane” MA esistono anche molte fonti naturali di degrado della qualità dell’ambiente (eruzioni vulcaniche, incendi…).

The haze disaster

The haze disaster Si tratta di un disastro avvenuto in Malesia, quando, in un periodo di siccità estrema, vi furono una The haze disaster The haze disaster serie di incendi che provocarono una nuvola di fumo immensa e molta gente malata a causa delle sostanze rilasciate The haze disaster The haze disaster dall’incendio. Foto NASA Foto NASA

La National Academy of Science, USA, vede l’inquinamento come “alterazione non desiderabile delle caratteristiche fisiche, chimiche o biologiche dell’acqua, dell’aria o della terra, che può essere pericolosa, o lo diventerà, per la vita umana e per quella di altre specie, nonché per le condizioni ambientali e colturali e che deteriora o deteriorerà le risorse di materie prime”.

Secondo il Comitato Ecologico Americano “l’inquinamento è una modificazione sfavorevole di un ambiente naturale dovuta 3 completamente o parzialmente all’attività umana, con interventi diretti o indiretti, che alterano le caratteristiche fisico-chimiche dell’ambiente, i flussi di energia e la struttura e abbondanza delle associazioni dei viventi”. 3

Per il GESAMP (Group of Expert on Scientific Aspects of Marine Pollution) “l’inquinamento è l’introduzione nell’ambiente di sostanze o energia capaci di causare rischio per la salute umana, pericoli per esseri viventi o ecosistemi, danni a strutture o al paesaggio, o che possono interferire con gli usi legittimi dell’ambiente”.

La Convenzione di Barcellona per la Protezione del Mare Mediterraneo contro l’inquinamento, art. 2, definisce l’inquinamento come “l’introduzione da parte dell’uomo, direttamente o indirettamente, di sostanze o energie nell’ambiente marino, tali da provocare effetti deleteri dannosi per le risorse viventi, pericolosi per la salute umana, di ostacolo alle attività marine incluse la pesca, di compromissione della qualità dell’acqua in relazione al suo uso, compresi gli usi ricreativi ed estetici”.

Il D.Lgs 152/2006 art. 74 definisce l’inquinamento come “l’introduzione diretta o indiretta, a seguito di attività umana, di sostanze o di calore nell’aria, nell’acqua o nel terreno che possano nuocere alla salute umana o alla qualità degli ecosistemi acquatici o degli ecosistemi terrestri che dipendono direttamente da ecosistemi acquatici, perturbando, deturpando o deteriorando i valori ricreativi o altri legittimi usi dell’ambiente”.

Per inquinamento atmosferico, secondo il D.Lgs 152/2006, art. 183, si intende “ogni modifica atmosferica dovuta all’introduzione nell’aria di una o più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da ledere o costituire un pericolo per 2 la salute umana o per la qualità dell’ambiente oppure tali da ledere i beni materiali o compromettere gli usi legittimi dell’ambiente”.

Per cui, in linea generale, per inquinamento si intende “qualcosa nel posto sbagliato o nel momento sbagliato o nella quantità sbagliata”.

Ci sono vari modi di inquinare:

1. Immissione di sostanze non di per sé tossiche ma con una velocità tale che i cicli biogeochimici non riescono del tutto a smaltire (es. anidride carbonica e molti altri composti organici).
2. Liberazione di sostanze tossiche per gli organismi viventi, alcune di queste sostanze, poiché non sono biodegradabili Composizione si accumulano nei viventi passando da un anello all’altro delle catene alimentari (es. DDT).
3. Deposizione nell’ambiente di sostanze inquinanti che restano inalterate nel tempo, cioè non subiscono alcuna forma di degradazione (es. plastica). Composizione chimica media dell’atmosfera

L’inquinamento si può dividere in: Composizione Tossico:

• Composizione chimica media dell’atmosfera
• Sostanze tossiche In quantità variabile:
• Sostanze cancerogene e mutagene Azoto (N²) 78,08%

Vapore acqueo (H²O) 0,33% (valore medio)

Ossigeno (O²) 20,95%

Organico L’atmosfera 2 2

Argon (Ar) 0,93%

Anidride carbonica (CO²) 0,04% (400 ppm)

Neon (Ne) 0,00181% (18 ppm)

I tipi di analisi si dividono in: In tracce, Elio (He) 0,0005% (5 ppm)

• Fisico-chimiche Vantaggi: Precisione superiore a quella delle analisi biologiche; Possibilità di definire il tipo di Metano (CH⁴) 0,0002% (2 ppm)

Idrogeno (H²) 0,00005% (0,5 ppm)

Ossidi di azoto (NO, NO²; N²O²) inquinante; Risultati facilmente confrontabili; Le normative si basano su questo tipo di analisi. Svantaggi: Non si 2 2 2

Kripton (Kr) 0,000011% (0,11 ppm)

possono evidenziare tutte le sostanze inquinanti; Risultati puntiformi nello spazio, ovvero rilevano una situazione Xeno (Xe) 0,000008% (0,08 ppm)

Monossido di carbonio (CO)

Ozono (O³) 0,000004% (0,04 ppm) istantanea nel tempo; Non tengono conto degli effetti sull’ambiente; Non considerano gli effetti sinergici. 3 1/2

Ammoniaca (NH³)

• Biologiche Vantaggi: Non sono puntiformi; Mettono in evidenza gli effetti dell’inquinamento sull’ambiente; 3

Biossido di zolfo (SO²) Risentono dell’effetto sinergico dei vari inquinanti. Svantaggi: Non danno informazioni sul tipo di inquinanti o danno 2 informazioni approssimative; Precisione inferiore a quella delle analisi chimico-fisiche.

Solfuro di diidrogeno (H²S) 2

L’atmosfera 2/2

La composizione chimica media dell’atmosfera è data da:

Composizione Composizione

• Azoto (N²): 78,08% 2 Composizione chimica media dell’atmosfera
• Ossigeno (O²): 20,95% Composizione dell'atmosfera 2
• Argon (Ar): 0,93% In quantità variabile:
• Anidride carbonica (CO²): 0,04% (400 ppm)

Vapore acqueo (H²O) 0,33% (valore medio) 22

• Neon (Ne): 0,00181% (18 ppm) 78,08%

In tracce, Azoto

• Elio (He): 0,0005% (5 ppm) Ossidi di azoto (NO, NO²; N²O²) Ossigeno 2 2 20,95%

Monossido di carbonio (CO) Argon

• Metano (CH⁴): 0,0002% (2 ppm) Ammoniaca (NH³) 4 Altri 3
• Idrogeno (H²): 0,00005% (0,5 ppm) Biossido di zolfo (SO²) 22 Solfuro di diidrogeno (H²S) 2
• Kripton (Kr): 0,000011% (0,11 ppm) 0,04% 0,93%
• Xeno (Xe): 0,000008% (0,08 ppm) 2/2
• Ozono (O³): 0,000004% (0,04 ppm) 3
• Vapore acqueo (H²O): in quantità variabile sia nello spazio che nel tempo; valore medio di 0,33% 2
• In tracce: Ossidi di azoto (NO, NO², N²O), Monossido di carbonio (CO), Ammoniaca (NH³), Biossido di zolfo (SO²), Struttura 2 2 3 2

Solfuro di diidrogeno (H²S) 2

Struttura dell’atmosfera

Struttura dell’atmosfera Struttura Troposfera

• Dal greco “Tropos” cioè “cambiamento”
• Contiene l’80% della massa ed il 99% del vapore acqueo dell’atmosfera
• Temperatura media al suolo 18°C

È molto importante considerare la struttura tridimensionale della atmosfera, la quale risulta divisa in vari strati concentrici 6,5°C/km

• Temperatura media alla che, partendo dalla superficie terrestre, sono: Troposfera, tropopausa -55°C
• Spessore variabile (7-8 km ai Stratosfera, Mesosfera, Termosfera; le superfici interposte tra poli 18 km all’equatore) di esse sono dette pause. 13

La troposfera

Il termine deriva dal greco “Tropos” cioè cambiamento. Si tratta del primo Troposfera strato a contatto con il suolo terrestre; è anche quello che maggiormente risente del contatto con la superficie terrestre. È lo strato più denso e Venti orientali polari contiene l’80% della massa ed il 99% del vapore acqueo dell’intera Cella polare atmosfera. In essa avviene il rimescolamento dei gas che generano i Venti occidentali Cella di Ferrel fenomeni atmosferici. La temperatura media al suolo è di 18°C ed il Alisei Cella di Hadley gradiente termico verticale è di 6,5°C/km. L’aria si scalda a contatto con il suolo: di più all’equatore e di meno ai poli. Ha uno spessore variabile: 7-8 km ai poli, 18 km all’equatore. Non ha solo una struttura verticale, ma presenta anche una struttura geografica spaziale. I componenti principali della troposfera sono azoto e ossigeno; contiene la maggior parte della massa gassosa che avvolge la Terra. Questa composizione è il risultato di una continua interazione tra componenti abiotiche e biologiche del Pianeta e del bilanciamento tra produzione di ossigeno fotosintetico e consumo da parte delle reazioni metaboliche e di decomposizione della materia organica.

La temperatura diminuisce allontanandosi dalla superficie terrestre fino alla tropopausa, a livello della quale la temperatura media è di -55°C.

La troposfera non è uno strato omogeneo, ma è divisa in celle convettive, che organizzano l’andamento dei venti, sono principalmente 3: Cella di Hadley (venti alisei), Cella di Ferrel (venti occidentali), Cella polare (venti polari). In corrispondenza dell’equatore ci sono grandi masse di gas caldi che vanno verso l’alto, si raffreddano e quindi provocano le piogge. Le celle convergono sull’equatore, ai tropici e ai poli. I poli sono zone di alta pressione permanente come ai Mesosfera tropici, mentre all’equatore c’è bassa pressione e piove molto. Ci sono dei punti in cui le celle si sormontano leggermente e si formano le cosiddette correnti a getto, ovvero correnti molto forti a livello della stratosfera, che vanno anche a

• L’aria non subisce più alcun effetto della superficie terrestre
• È costante a tutte le latitudini
• Assenza di venti, correnti ascensionali, nubi,

La stratosfera

La stratosfera perturbazioni

• I gas stratificano per diffusione
• La composizione varia rapidamente con la quota
• Scompare CO²
• Scompare H²O 2
• Aumentano i gas leggeri come He e H²
• Il gradiente termico è negativo 3

La stratosfera si estende fino a 50-60 km di quota e in essa si verifica un’inversione termica a causa dell’aumento della concentrazione di ozono che assorbe le radiazioni solari. L’atmosfera che sovrasta la troposfera è molto meno densa di 2 gas e non contiene vapor d’acqua, mentre l’ozono è presente nella stratosfera a concentrazioni più elevate di quelle della troposfera. A questo livello, tra i 20-30 km, c’è la presenza di ozono (O³) che va a formare l’ozonosfera, si tratta di un elemento importante perché esso assorbe le radiazioni ultraviolette e le temperature aumentano. Non c’è gradiente verticale e infatti qui volano gli aerei. C’è scarsa turbolenza e assenza di rimescolamento. Vapore acqueo e pulviscolo diminuiscono e ci sono rari fenomeni meteorologici.

La mesosfera

La mesosfera arriva fino a 85 km dalla superficie terrestre, è molto rarefatta e non risulta più influenzata dal calore emesso dalla Terra; qui la temperatura scende fino a -90°C per poi salire di nuovo fino a 1000°C nella termosfera e a Termosfera 2000°C nell’esosfera che si estende fino a 10.000 km. A questo livello l’aria non subisce più alcun effetto della superficie terrestre, si tratta di uno strato costante a tutte le latitudini. C’è assenza di venti, correnti ascensionali, nubi,

• Contiene solo l’1% della massa dell’atmosfera
• Assorbe gran parte delle perturbazioni. I gas stratificano per diffusione. La composizione varia con la quota: man mano scompare CO², scompare radiazioni ionizzanti
• Gas rarefatti e ionizzati
• Assieme alla parte superiore della mesosfera costituisce la ionosfera
• Il gradiente termico riprende a salire fino a raggiungere i 1700°C anche se si tratta di valori apparenti
• Oltre i 550 km H² e He divengono i componenti prevalenti dell’atmosfera

H²O, aumentano i gas leggeri come He e H². Il gradiente termico è negativo.

A livello della mesopausa hanno origine le stelle cadenti. L’aria è così rarefatta che è possibile il moto orbitale: inizia lo spazio.

La termosfera

Contiene solo l’1% della massa dell’atmosfera. Assorbe gran parte delle radiazioni ionizzanti, per cui presenta gas 2 rarefatti e ionizzati. Assieme alla parte superiore della mesosfera costituisce la ionosfera. Il gradiente termico riprende a prevalenti dell’atmosfera salire fino a raggiungere i 1700°C anche se si tratta di valori apparenti. Oltre i 550 km i componenti prevalenti dell’atmosfera divengono H e He. 2 4

Inquinamento dell’aria

Tipi di inquinanti

• Inquinanti primari: sostanze rilasciate direttamente dalla fonte nell’atmosfera in forma nociva
• Inquinanti secondari: sostanze che si formano in atmosfera a seguito di reazioni chimiche, la cui energia spesso è fornita dalle radiazioni solari
• Emissioni fuggitive: sostanze derivanti da fonti diffuse, (polvere derivante dall’erosione del suolo, dalla frantumazione delle rocce o dalla coltivazione delle miniere a cielo aperto)

Secondo il D.Lgs 152/2006, art.183, la definizione tecnica è: “ogni modifica atmosferica dovuta all’introduzione nell’aria di una o più sostanze in quantità o con caratteristiche tali da ledere o costituire un pericolo per la salute umana o per la qualità dell’ambiente oppure tali da ledere i beni materiali o compromettere gli usi legittimi dell’ambiente”.

I tipi di inquinanti possono essere suddivisi in:

• Inquinanti primari Sostanze rilasciate direttamente dalla fonte nell’atmosfera direttamente nella loro forma nociva.
• Inquinanti secondari Sostanze che si formano in atmosfera a seguito di reazioni chimiche, la cui energia spesso è fornita dalle radiazioni solari. In questo caso la sostanza viene immessa in un’altra forma, che può essere non nociva, o nociva, che poi si trasforma in atmosfera.
• Emissioni fuggitive Sostanze derivanti da fonti diffuse (polvere derivante dall’erosione del suolo, dalla frantumazione delle rocce o dalla coltivazione delle miniere a cielo aperto).

La differenza non sta nella fonte dalla quale la sostanza viene emessa, ma è molto più facile andare ad agire, anche dal punto di vista amministrativo, sulle sostanze emesse dalle sorgenti puntiformi (inquinanti primari e secondari).

I profumi, gli shampoo, i deodoranti, hanno gravi effetti sull’ambiente inquinato in quanto sono prodotti di sintesi chimica e sono nocivi per l’ambiente; questo perché l’acqua che li contiene finisce nello scarico, va nel depuratore, con il caldo evapora, e finisce nei ghiacciai.

I principali inquinanti sono:

• Composti dello zolfo (SO², SO³)
• Composti dell’azoto (N²O, NO, NO²)
• Ossidi di carbonio (CO, CO²)
• Metalli e alogeni (tra cui piombo)
• Particelle sospese (PM)
• Composti organici volatili
• Ossidanti fotochimici

Fonti antropiche

Le attività antropiche che producono sostanze nocive sono principalmente aziende elettriche, trasporti: 3 5

Introduction

Riassunto degli effetti dei principali inquinanti sulla salute umana, sull’ambiente e sul clima:

Table 1.1 Effects of air pollutants on human health, the environment and the climate

Pollutant Health effects Environmental effects Climate effects

Particulate matter (PM) Can cause or aggravate Can affect animals in the same Climate effect varies depending cardiovascular and lung diseases, way as humans. Affects plant on particle size and composition: heart attacks and arrhythmias, growth and ecosystem processes. some lead to net cooling, wh